(57)【要約】【課題】  特定の通電経路のみから通電があった場合であっても、確実に全てのヒューズエレメントを溶断した後に発熱抵抗体の発熱を停止させることができる保護素子を提供する。【解決手段】  保護素子は、複数のヒューズエレメント１２ａ，１２ｂのうち特定のヒューズエレメントが接続されている特定の通電経路から通電があった場合に、他のヒューズエレメントが特定のヒューズエレメントよりも先に溶断するように、これら複数のヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの溶断時間が制御可能に構成されている。【選択図】  図３
2010165685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電経路の入力となる複数の電極間に複数のヒューズエレメントが配設され、通電された発熱体の発熱による上記ヒューズエレメントの溶断によって電流が遮断される保護素子において、
上記複数のヒューズエレメントのうち特定のヒューズエレメントが接続されている特定の通電経路から通電があった場合に、他のヒューズエレメントが上記特定のヒューズエレメントよりも先に溶断するように、上記複数のヒューズエレメントの溶断時間が制御可能に構成されており、
上記特定のヒューズエレメントが接続されている上記特定の電極は、上記複数の電極のうち、必ず通電がある通電経路の入力となる電極であり、
上記特定のヒューズエレメントの溶断時間が他のヒューズエレメントの溶断時間よりも長くなるように、上記複数のヒューズエレメントのそれぞれから上記発熱体までの距離に差があること
を特徴とする保護素子。
【請求項２】
上記特定のヒューズエレメントから上記発熱体までの距離が、他のヒューズエレメントから上記発熱体までの距離よりも長くなるように、上記特定のヒューズエレメントが配設されていること
を特徴とする請求項１記載の保護素子。
【請求項３】
通電経路の入力となる複数の電極間に複数のヒューズエレメントが配設され、通電された発熱体の発熱による上記ヒューズエレメントの溶断によって電流が遮断される保護素子において、
上記複数のヒューズエレメントのうち特定のヒューズエレメントが接続されている特定の通電経路から通電があった場合に、他のヒューズエレメントが上記特定のヒューズエレメントよりも先に溶断するように、上記複数のヒューズエレメントの溶断時間が制御可能に構成されており、
上記特定のヒューズエレメントが接続されている上記特定の電極は、上記複数の電極のうち、必ず通電がある通電経路の入力となる電極であり、
上記特定のヒューズエレメントの溶断時間が他のヒューズエレメントの溶断時間よりも長くなるように、上記複数のヒューズエレメントのそれぞれと、上記複数の電極のそれぞれとの濡れ性とに差があること
を特徴とする保護素子。
【請求項４】
他のヒューズエレメントと当該他のヒューズエレメントが溶融した場合に流れ込むこととなる他の電極との濡れ性よりも、上記特定のヒューズエレメントと当該特定のヒューズエレメントが溶融した場合に流れ込むこととなる特定の電極との濡れ性を低下させるように、上記複数のヒューズエレメント若しくは上記複数の電極又はこれらの双方の金属組成が調整されていること
を特徴とする請求項３記載の保護素子。
【請求項５】
通電経路の入力となる複数の電極間に複数のヒューズエレメントが配設され、通電された発熱体の発熱による上記ヒューズエレメントの溶断によって電流が遮断される保護素子において、
上記複数のヒューズエレメントのうち特定のヒューズエレメントが接続されている特定の通電経路から通電があった場合に、他のヒューズエレメントが上記特定のヒューズエレメントよりも先に溶断するように、上記複数のヒューズエレメントの溶断時間が制御可能に構成されており、
上記特定のヒューズエレメントが接続されている上記特定の電極は、上記複数の電極のうち、必ず通電がある通電経路の入力となる電極であり、
上記特定のヒューズエレメントの溶断時間が他のヒューズエレメントの溶断時間よりも長くなるように、上記複数のヒューズエレメントのそれぞれ又は上記発熱体に近接する部位の熱的性質に差があること
を特徴とする保護素子。
【請求項６】
上記熱的性質は、上記複数のヒューズエレメントのそれぞれ又は上記発熱体に近接する部位の熱容量、熱伝導性、又は放熱性であること
を特徴とする請求項５記載の保護素子。
【請求項７】
通電経路の入力となる複数の電極間に複数のヒューズエレメントが配設され、通電された発熱体の発熱による上記ヒューズエレメントの溶断によって電流が遮断される保護素子において、
上記複数のヒューズエレメントのうち特定のヒューズエレメントが接続されている特定の通電経路から通電があった場合に、他のヒューズエレメントが上記特定のヒューズエレメントよりも先に溶断するように、上記複数のヒューズエレメントの溶断時間が制御可能に構成されており、
上記特定のヒューズエレメントが接続されている上記特定の電極は、上記複数の電極のうち、必ず通電がある通電経路の入力となる電極であり、
上記特定のヒューズエレメントの溶断時間が他のヒューズエレメントの溶断時間よりも長くなるように、上記複数のヒューズエレメントのそれぞれの融点に差があること
を特徴とする保護素子。
【請求項８】
上記特定のヒューズエレメントの融点は、他のヒューズエレメントの融点よりも高いこと
を特徴とする請求項７記載の保護素子。
【請求項９】
通電経路の入力となる複数の電極間に複数のヒューズエレメントが配設され、通電された発熱体の発熱による上記ヒューズエレメントの溶断によって電流が遮断される保護素子において、
上記複数のヒューズエレメントのうち特定のヒューズエレメントが接続されている特定の通電経路から通電があった場合に、他のヒューズエレメントが上記特定のヒューズエレメントよりも先に溶断するように、上記複数のヒューズエレメントの溶断時間が制御可能に構成されており、
上記特定のヒューズエレメントが接続されている上記特定の電極は、上記複数の電極のうち、必ず通電がある通電経路の入力となる電極であり、
上記発熱体は、複数配設されており、
上記複数の発熱体のそれぞれの発熱量に差があること
を特徴とする保護素子。
【請求項１０】
上記特定のヒューズエレメントに近い位置に配設されている特定の発熱抵抗体の抵抗値は、他のヒューズエレメントに近い位置に配設されている他の発熱抵抗体の抵抗値よりも小さいこと
を特徴とする請求項９記載の保護素子。
【請求項１１】
電子機器本体に着脱されるものであって、
請求項１乃至１０のいずれかに記載の保護素子が搭載され、上記特定のヒューズエレメントが、当該バッテリーパックのセル側に接続されていること
を特徴とするバッテリーパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常時に低融点金属体の溶断によって電流を遮断する保護素子、及び当該保護素子が搭載されるバッテリーパックに関する。
【背景技術】
【０００２】
過電流だけでなく過電圧も防止するために使用できる保護素子として、基板上に発熱抵抗体と低融点金属体（ヒューズエレメント）とを積層した保護素子が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２等参照。）。これら特許文献１及び特許文献２に記載された保護素子においては、異常時に発熱抵抗体に通電がなされ、当該発熱抵抗体が発熱することによってヒューズエレメントが溶融する。そして、この保護素子においては、溶融したヒューズエレメントが、当該ヒューズエレメントが載置されている電極表面に対する濡れ性のよさに起因して電極上に引き寄せられる。その結果、保護素子においては、ヒューズエレメントが溶断されて電流が遮断されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７９０４３３号公報
【特許文献２】特許第３０６７０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、保護素子においては、ヒューズエレメントに対して複数の通電経路（電源入力）がある場合、すなわち、全ての通電経路の遮断を目的とした構成の場合において、特定の通電経路から通電がない場合には、一定の確率でその通電経路が遮断されないことがある。
【０００５】
具体的に、図５に示すように、３つのヒューズエレメント用電極１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ間に、２つのヒューズエレメント１０２ａ，１０２ｂが架け渡されるように配設されており、中央のヒューズエレメント用電極１０１ｂと発熱抵抗体用電極１０３との間に発熱抵抗体１０４が接続されて構成された保護素子を考える。この保護素子においては、両側のヒューズエレメント用電極１０１ａ，１０１ｃのそれぞれから中央のヒューズエレメント用電極１０１ｂへと向かう２つの経路が通電経路とされる。この場合、保護素子においては、図５中１段目に示すように、２つの通電経路の双方から通電がなされ、発熱抵抗体１０４が発熱した場合には、図５中２段目に示すように、２つのヒューズエレメント１０２ａ，１０２ｂの双方が溶断することにより、全ての通電経路が遮断し、発熱抵抗体１０４の発熱が停止することになる。
【０００６】
ここで、図６中１段目に示すように、左側のヒューズエレメント用電極１０１ａから中央のヒューズエレメント用電極１０１ｂへと向かう一方の通電経路のみから通電がなされ、発熱抵抗体１０４が発熱した場合を考える。この場合、保護素子においては、図６中２段目左側に示すように、通電がない方のヒューズエレメント１０２ｂが先に溶断した場合には、図６中３段目に示すように、通電がなされた方のヒューズエレメント１０２ａも溶断して全ての通電経路が遮断し、発熱抵抗体１０４の発熱が停止する。しかしながら、保護素子においては、図６中２段目右側に示すように、通電がなされた方のヒューズエレメント１０２ａが先に溶断してしまった場合には、通電がない方のヒューズエレメント１０２ｂが溶断することができず、全ての通電経路が遮断されない事態を招来する。保護素子においては、ヒューズエレメントが２個の場合には、このような事態が１／２の確率で発生し、ヒューズエレメントの個数に応じた確率で発生する。
【０００７】
このような事態は、例えば図７に示すように、ノートブック型のパーソナルコンピュータ等の電子機器本体に着脱されるバッテリーパックに搭載される保護素子１１０にみられる。すなわち、このようなバッテリーパックにおいては、通常はセル側と電子機器本体の充電器側との双方からの通電があることが想定されているが、バッテリーパックを電子機器本体から取り外した場合には、保護素子１１０に充電器が接続されていない状態となる。したがって、このような場合、保護素子１１０においては、充電器側からの通電がない状態となり、図６中２段目右側に示したような事態を招来することがあった。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、特定の通電経路のみから通電があった場合であっても、確実に全てのヒューズエレメントを溶断した後に発熱抵抗体の発熱を停止させることができる保護素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成する本発明にかかる保護素子は、通電経路の入力となる複数の電極間に複数のヒューズエレメントが配設され、通電された発熱体の発熱による上記ヒューズエレメントの溶断によって電流が遮断される保護素子において、上記複数のヒューズエレメントのうち特定のヒューズエレメントが接続されている特定の通電経路から通電があった場合に、他のヒューズエレメントが上記特定のヒューズエレメントよりも先に溶断するように、上記複数のヒューズエレメントの溶断時間が制御可能に構成されており、上記特定のヒューズエレメントが接続されている上記特定の電極は、上記複数の電極のうち、必ず通電がある通電経路の入力となる電極であり、上記特定のヒューズエレメントの溶断時間が他のヒューズエレメントの溶断時間よりも長くなるように、上記複数のヒューズエレメントのそれぞれから上記発熱体までの距離に差があることを特徴としている。
【００１０】
このような本発明にかかる保護素子においては、ヒューズエレメントの溶断時間を制御することができる。換言すれば、本発明にかかる保護素子は、複数のヒューズエレメントのうち、溶断時間が長いヒューズエレメントを特定可能な構成とされる。そのため、本発明にかかる保護素子においては、溶断時間が長い特定のヒューズエレメントが接続されている通電経路から通電があった場合には、その他の全てのヒューズエレメントを先に溶断することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、溶断時間が長い特定のヒューズエレメントが接続されている通電経路から通電があった場合には、その他の全てのヒューズエレメントを先に溶断することができることから、その他の通電経路からの通電がなかった場合であっても、当該特定のヒューズエレメントが溶断した後、すなわち、全てのヒューズエレメントが確実に溶断した後に、発熱体への通電を遮断して発熱を停止させることができ、安全性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態として示す保護素子の内部構造を説明する平面図である。
【図２】本発明の実施の形態として示す保護素子の内部構造を説明する断面図である。
【図３】本発明の実施の形態として示す保護素子の回路構成を説明する図である。
【図４】実施例６として作製した保護素子の内部構造を説明する平面図である。
【図５】従来の保護素子の回路構成を説明する図である。
【図６】従来の保護素子の回路構成を説明する図であり、一方の通電経路のみから通電がなされた様子を説明するための図である。
【図７】従来の保護素子が搭載されるバッテリーパックの回路構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
この実施の形態は、異常時に低融点金属体（ヒューズエレメント）の溶断によって電流を遮断する保護素子である。特に、この保護素子は、ベース基板上に形成された通電経路の入力となる複数の電極間に複数のヒューズエレメントが配設された構成とされ、各ヒューズエレメントの溶断時間を制御することにより、特定の通電経路から通電があった場合には、全てのヒューズエレメントを溶断した後に発熱抵抗体の発熱を停止させることができるものである。
【００１５】
まず、本発明の具体的な内容の説明に先立って、本発明を適用する保護素子の基本的な構成について説明する。
【００１６】
保護素子は、図１に平面図及び図２に断面図を示すように、所定の大きさのベース基板１１上に、溶断によって電流を遮断するヒューズエレメント１２と、異常時に発熱してヒューズエレメント１２を溶融するための発熱抵抗体（ヒーター）１３とが近接して配設されている。
【００１７】
ベース基板１１としては、絶縁性を有する材質のものであればいかなるものであってもよく、例えば、セラミックス基板やガラスエポキシ基板のようなプリント配線基板に用いられる基板の他、ガラス基板、樹脂基板、絶縁処理金属基板等を用いることができる。なお、これらの中で、耐熱性に優れ、熱良伝導性の絶縁基板であるセラミックス基板が好適である。
【００１８】
また、ヒューズエレメント１２としては、従来からヒューズ材料として使用されている種々の低融点金属体を用いることができ、例えば、特許第３０６７０１１号公報の表１に記載の合金等を用いることができる。具体的には、ヒューズエレメント１２を形成する低融点金属としては、ＳｎＳｂ合金、ＢｉＳｎＰｂ合金、ＢｉＰｂＳｎ合金、ＢｉＰｂ合金、ＢｉＳｎ合金、ＳｎＰｂ合金、ＳｎＡｇ合金、ＰｂＩｎ合金、ＺｎＡｌ合金、ＩｎＳｎ合金、ＰｂＡｇＳｎ合金等を挙げることができる。また、ヒューズエレメント１２の形状は、薄片状であってもよく、棒状であってもよい。
【００１９】
さらに、発熱抵抗体１３は、例えば、酸化ルテニウムやカーボンブラック等の導電材料と、水ガラス等の無機系バインダや熱硬化性樹脂等の有機系バインダとからなる抵抗ペーストを塗布し、必要に応じて焼成することによって形成される。また、発熱抵抗体１３としては、酸化ルテニウムやカーボンブラック等の薄膜を、印刷、メッキ、蒸着、スパッタの工程を経て形成してもよく、これらフィルムの貼付や積層等によって形成してもよい。
【００２０】
また、保護素子において、ベース基板１１の表面には、ヒューズエレメント１２と電気的に接続された３つのヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、発熱抵抗体１３と電気的に接続された発熱抵抗体用電極１５とが形成されている。これらヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び発熱抵抗体用電極１５は、それぞれ、ガラス等の絶縁膜１６を介して、発熱抵抗体１３と絶縁された状態に配設されている。
【００２１】
ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、それぞれ、溶融したヒューズエレメント１２が流れ込むこととなる電極である。これらヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃの構成材料については特に制限はなく、溶融状態のヒューズエレメント１２と濡れ性が良好である金属からなるものを使用することができる。例えば、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃとしては、銅等の金属単体や、少なくとも表面がＡｇ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｕ等から形成されているものを用いることができる。
【００２２】
なお、本発明においては、ヒューズエレメント１２の溶断時間を制御するために、後述するように、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃの間で、ヒューズエレメント１２との濡れ性を変化させることがある。これについては、後に詳述するものとする。
【００２３】
一方、発熱抵抗体用電極１５は、溶融状態のヒューズエレメント１２との濡れ性を考慮する必要はないが、通常はヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃと一括して形成されるため、これらヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃと同様の材料から形成される。
【００２４】
また、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び発熱抵抗体用電極１５には、それぞれ、特に図示しないが、外部端子としての役割を果たすリードが接続されている。このリードは、扁平加工線や丸線等の金属製の線材からなり、半田付けや溶接等によってヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び発熱抵抗体用電極１５のそれぞれに取り付けることにより、これらと電気的に接続される。保護素子においては、このようなリード付きの形態を採用する場合、リードの位置を左右対称にすることにより、取り付け作業時に取り付け面を意識することなく作業することが可能となる。
【００２５】
さらに、ヒューズエレメント１２の上には、特に図示しないが、その表面酸化を防止するために、フラックス等からなる封止部材を設けてもよい。フラックスとしては、ロジン系フラックス等、公知のフラックスをいずれも使用することができ、粘度等も任意である。
【００２６】
なお、保護素子は、チップ部品として製造する場合には、例えば４，６−ナイロンや液晶ポリマー製等のキャップ部材によって被覆されて提供される。
【００２７】
このような保護素子の回路構成は、図３に示すように表現することができる。すなわち、保護素子は、３つのヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ間に、低融点金属体からなる２つのヒューズエレメント１２ａ，１２ｂが架け渡されるように配設され、中央のヒューズエレメント用電極１４ｂと発熱抵抗体用電極１５との間に発熱抵抗体１３が接続されて構成される。すなわち、この保護素子は、両側のヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｃのいずれか又は両方から中央のヒューズエレメント用電極１４ｂへと向かう２つの経路が通電経路とされる。
【００２８】
したがって、この保護素子においては、２つの通電経路の双方から通電がなされ、発熱抵抗体１３が発熱すると、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ間のヒューズエレメント１２ａと、ヒューズエレメント用電極１４ｂ，１４ｃ間のヒューズエレメント１２ｂとが溶断し、被保護装置への通電を遮断するとともに、発熱抵抗体１３への通電も遮断する。
【００２９】
さて、本発明においては、このような保護素子におけるヒューズエレメント１２ａ，１２ｂのそれぞれの溶断時間を制御することにより、２つの通電経路のうち特定の通電経路から通電があった場合には、全てのヒューズエレメント１２ａ，１２ｂを溶断した後に発熱抵抗体１３の発熱を停止させる。特に、保護素子は、「必ず最後に溶断するヒューズエレメント」を特定することができる構成とし、少なくともそのヒューズエレメントが接続されている通電経路から通電があった場合には、その他の全てのヒューズエレメントを先に溶断する。
【００３０】
ここで、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂのそれぞれの溶断時間は、これらヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの特性が互いに異なるように構成したり、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂに作用する発熱抵抗体１３の特性を変更したり、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂが溶融した場合に流れ込むこととなるヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃの特性を変更したりすることにより、制御することができる。具体的には、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂのそれぞれの溶断時間は、主に以下の６つの方法のいずれか又は組み合わせによって制御することができる。
【００３１】
まず、第１の方法は、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの断面積（幅及び／又は厚み）等、物理的形状に差を設けることである。例えば、保護素子においては、ヒューズエレメント１２ｂの断面積よりもヒューズエレメント１２ａの断面積を大きくすることにより、ヒューズエレメント１２ａの溶断時間を、ヒューズエレメント１２ｂの溶断時間よりも長くすることができる。また、保護素子においては、ヒューズエレメント１２ａとヒューズエレメント１２ｂとの形状そのものを異なるものとすることによっても、これらヒューズエレメント１２ａ，１２ｂのそれぞれの溶断時間を異なるものとすることができる。
【００３２】
また、第２の方法は、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂから発熱抵抗体１３までの距離に差を設けることである。例えば、保護素子においては、ヒューズエレメント１２ｂから発熱抵抗体１３までの距離よりも、ヒューズエレメント１２ａから発熱抵抗体１３までの距離を長くすることにより、ヒューズエレメント１２ａの溶断時間を、ヒューズエレメント１２ｂの溶断時間よりも長くすることができる。なお、これらヒューズエレメント１２ａ，１２ｂのそれぞれから発熱抵抗体１３までの距離は、平面上での間隔のみを意味するものではなく、発熱抵抗体１３を熱源とする伝熱経路となる絶縁膜１６の厚み方向の間隔等、３次元的な空間距離を意味する。したがって、保護素子においては、例えば、絶縁膜１６の厚みを、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ間とヒューズエレメント用電極１４ｂ，１４ｂ間とで変化させることにより、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂのそれぞれから発熱抵抗体１３までの距離に差を設けてもよく、また、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂのうち一方のヒューズエレメントを、絶縁膜１６から浮くような形状にフォーミングする等してヒューズエレメント１２ａ，１２ｂのそれぞれから発熱抵抗体１３までの距離に差を設けてもよい。
【００３３】
さらに、第３の方法は、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂと、これらヒューズエレメント１２ａ，１２ｂが溶融した場合に流れ込むこととなるヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃとの濡れ性に差を設けることである。例えば、保護素子においては、ヒューズエレメント１２ｂと、このヒューズエレメント１２ｂが溶融した場合に流れ込むこととなるヒューズエレメント用電極１４ｂ，１４ｃとの濡れ性よりも、ヒューズエレメント１２ａと、このヒューズエレメント１２ａが溶融した場合に流れ込むこととなるヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂとの濡れ性を低下させるようにすることにより、ヒューズエレメント１２ａの溶断時間を、ヒューズエレメント１２ｂの溶断時間よりも長くすることができる。このような濡れ性は、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃの金属組成を調整することによって変化させることができ、また、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの金属組成を調整することによっても変化させることができる。
【００３４】
さらにまた、第４の方法は、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂ又は発熱抵抗体１３に近接する部位の熱容量、熱伝導性や放熱性等、熱的性質に差を設けることである。例えば、保護素子においては、ヒューズエレメント１２ａに近接する部位の熱容量よりも、ヒューズエレメント１２ｂに近接する部位の熱容量を小さくすることにより、ヒューズエレメント１２ａの溶断時間を、ヒューズエレメント１２ｂの溶断時間よりも長くすることができる。このような熱的性質は、例えば、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂのうち一方のヒューズエレメント用の電極近傍に銅塊等の他の金属体を接続したり、ベース基板１１の一部の内層に金属層を設けたり、ベース基板１１の一部にガラス材等を多く混合したりする等の方法によって変化させることができる。
【００３５】
また、第５の方法は、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの融点に差を設けることである。例えば、保護素子においては、ヒューズエレメント１２ｂの融点よりも、ヒューズエレメント１２ａの融点を高くするように、低融点金属体を選択することにより、ヒューズエレメント１２ａの溶断時間を、ヒューズエレメント１２ｂの溶断時間よりも長くすることができる。
【００３６】
さらに、第６の方法は、複数の発熱抵抗体を配設し、これら各発熱抵抗体の発熱量に差を設けることである。例えば、保護素子においては、ヒューズエレメント１２ａに近い位置に配設した発熱抵抗体の発熱量よりも、ヒューズエレメント１２ｂに近い位置に配設した発熱抵抗体の発熱量を大きくするように、発熱抵抗体を選択することにより、ヒューズエレメント１２ａの溶断時間を、ヒューズエレメント１２ｂの溶断時間よりも長くすることができる。このような発熱抵抗体の発熱量は、発熱抵抗体の抵抗値を調整することによっても変化させることができる。
【００３７】
保護素子においては、このような６つの方法のいずれか又は組み合わせにより、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂのそれぞれの溶断時間を制御することができる。換言すれば、保護素子は、２つのヒューズエレメント１２ａ，１２ｂのうち、溶断時間が長いヒューズエレメント、すなわち、「必ず最後に溶断するヒューズエレメント」を特定可能な構成となる。そのため、保護素子においては、少なくとも「必ず最後に溶断するヒューズエレメント」が接続されている通電経路から通電があった場合には、その他の全てのヒューズエレメントを先に溶断することができる。これは、少なくとも「必ず最後に溶断するヒューズエレメント」が接続されている通電経路から通電があった場合には、当該「必ず最後に溶断するヒューズエレメント」が溶断すれば全ての通電経路を遮断することが可能であることを意味している。
【００３８】
したがって、保護素子においては、「必ず最後に溶断するヒューズエレメント」を「必ず通電がある側の通電経路」の入力となる特定のヒューズエレメント用電極に接続することにより、その他の通電経路からの通電がなかった場合であっても、当該「必ず最後に溶断するヒューズエレメント」が溶断した後、すなわち、全てのヒューズエレメント１２ａ，１２ｂが確実に溶断した後に、発熱抵抗体１３への通電を遮断して発熱を停止させることができ、安全性を大幅に向上させることができる。特に、保護素子においては、上述した６つの方法を単独で適用するのではなく、複数の方法を組み合わせることにより、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの溶断時間を柔軟に制御することが可能となることから、その効果は増大し、より安全性を高めることができる。
【００３９】
このような保護素子は、例えばノートブック型のパーソナルコンピュータ等の電子機器本体に着脱されるバッテリーパックに搭載して好適である。すなわち、バッテリーパックにおいては、セル側が「必ず通電がある側の通電経路」に相当する。この場合、バッテリーパックにおいては、「必ず最後に溶断するヒューズエレメント」をセル側に接続することにより、当該バッテリーパックを電子機器本体から取り外すことによって充電器側から通電がない状態であったとしても、動作時には全てのヒューズエレメントを確実に溶断することが可能となり、安全性を大幅に向上させることができる。
【００４０】
なお、上述した実施の形態では、２つのヒューズエレメント１２ａ，１２ｂがある場合について説明したが、本発明は、３個以上のヒューズエレメントがある場合であっても同様に適用することができる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【００４１】
［実施例］
本願発明者は、保護素子を実際に作製し、通電試験を行ってヒューズエレメントの溶断の有無を観察した。保護素子は、先に図１乃至図３に示した構成に準じたものを比較例として作製するとともに、上述した第１の方法乃至第６の方法のそれぞれにしたがって、比較例としての保護素子の構成を変化させたものを実施例１乃至実施例６として作製した。以下では、説明の便宜上、上述した各部材と同一部材については、同一符号を付して説明するものとする。
【００４２】
（比較例）
幅３ｍｍ×長さ５ｍｍ×厚み０．５ｍｍのアルミナセラミックス基板をベース基板１１とし、この上に、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂ、発熱抵抗体１３、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、発熱抵抗体用電極１５、及び絶縁膜１６を形成した。
【００４３】
ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂは、ＳｎＳｂ合金（Ｓｎ：Ｓｂ＝９５：５、液相点２４０℃）からなる幅１ｍｍ×長さ４ｍｍ×厚み０．１ｍｍの低融点金属箔を用いた。また、発熱抵抗体１３は、酸化ルテニウム系の発熱抵抗材ペースト（商品名ＤＰ１９００；デュポン社製）をベース基板１１上に印刷し、８５０℃で３０分焼成することによって形成した。この発熱抵抗体１３のパターン抵抗値は５Ωであった。
【００４４】
さらに、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、Ａｇ−Ｐｔペースト（商品名５１６４Ｎ；デュポン社製）をベース基板１１上に印刷し、８５０℃で３０分焼成することによって形成した。さらにまた、発熱抵抗体用電極１５は、Ａｇ−Ｐｄペースト（商品名６１７７Ｔ；デュポン社製）をベース基板１１上に印刷し、８５０℃で３０分焼成することによって形成した。また、絶縁膜１６としては、ガラス系無機ペーストをベース基板１１上に印刷することによって形成した。
【００４５】
このような保護素子を１０個作製し、ヒューズエレメント用電極１４ａ側のみから通電し、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの溶断の有無を観察した。その結果、１０個中５個の保護素子において、ヒューズエレメント用電極１４ｂ，１４ｃ間のヒューズエレメント１２ｂが溶断する前に、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ間のヒューズエレメント１２ａが溶断し、ヒューズエレメント１２ｂが未溶断のまま、通電（発熱抵抗体１３の発熱）が停止した。すなわち、比較例として作製した保護素子においては、確率５０％で、通電がない方のヒューズエレメント１２ｂが未溶断のまま残り、全ての通電経路が遮断されない結果となった。
【００４６】
（実施例１）
実施例１は、上述した第１の方法にしたがって、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの断面積に差を設けて保護素子を作製した例である。すなわち、この実施例１では、ヒューズエレメント用電極１４ｂ，１４ｃ間のヒューズエレメント１２ｂの幅を０．７ｍｍに形成する一方で、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ間のヒューズエレメント１２ａの幅を１ｍｍに形成し、保護素子を作製した。その他の構成は、比較例と同様である。
【００４７】
このような保護素子を１０個作製し、ヒューズエレメント用電極１４ａ側のみから通電し、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの溶断の有無を観察した。その結果、評価した１０個全ての保護素子において、ヒューズエレメント用電極１４ｂ，１４ｃ間のヒューズエレメント１２ｂが先に溶断し、その後、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ間のヒューズエレメント１２ａが溶断して通電が停止した。なお、実施例１の補足として、ヒューズエレメント用電極１４ｂ，１４ｃ間のヒューズエレメント１２ｂの幅を０．８ｍｍに形成した保護素子を作製し、同様の通電を行ったところ、１０個中２個の保護素子において、ヒューズエレメント１２ｂが未溶断となった。すなわち、この実施例１から、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの断面積に差を設けることは有効であり、その差が大きいほど効果が大きいことが確認できた。
【００４８】
（実施例２）
実施例２は、上述した第２の方法にしたがって、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂから発熱抵抗体１３までの距離に差を設けて保護素子を作製した例である。すなわち、この実施例２では、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃの並び方向の略中央位置に配設されている発熱抵抗体１３の位置を、ヒューズエレメント用電極１４ｃ側に０．１ｍｍだけシフトし、保護素子を作製した。その他の構成は、比較例と同様である。
【００４９】
このような保護素子を１０個作製し、ヒューズエレメント用電極１４ａ側のみから通電し、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの溶断の有無を観察した。その結果、評価した１０個全ての保護素子において、ヒューズエレメント用電極１４ｂ，１４ｃ間のヒューズエレメント１２ｂが先に溶断し、その後、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ間のヒューズエレメント１２ａが溶断して通電が停止した。なお、実施例２の補足として、発熱抵抗体１３のシフト量を０．０５ｍｍと小さくした保護素子を作製し、同様の通電を行ったところ、１０個中３個の保護素子において、ヒューズエレメント１２ｂが未溶断となった。すなわち、この実施例２から、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂから発熱抵抗体１３までの距離に差を設けることは有効であり、その差が大きいほど効果が大きいことが確認できた。
【００５０】
（実施例３）
実施例３は、上述した第３の方法にしたがって、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂと、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃとの濡れ性に差を設けて保護素子を作製した例である。すなわち、この実施例３では、ヒューズエレメント用電極１４ｃの表面全領域とヒューズエレメント用電極１４ｂのうちヒューズエレメント用電極１４ｃ側の表面半分領域とに対して金メッキを施し、保護素子を作製した。その他の構成は、比較例と同様である。
【００５１】
このような保護素子を１０個作製し、ヒューズエレメント用電極１４ａ側のみから通電し、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの溶断の有無を観察した。その結果、評価した１０個全ての保護素子において、ヒューズエレメント用電極１４ｂ，１４ｃ間のヒューズエレメント１２ｂが先に溶断し、その後、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ間のヒューズエレメント１２ａが溶断して通電が停止した。すなわち、この実施例３から、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂと、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃとの濡れ性に差を設けることは有効であることが確認できた。
【００５２】
（実施例４）
実施例４は、上述した第４の方法にしたがって、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂ又は発熱抵抗体１３に近接する部位の熱的性質に差を設けて保護素子を作製した例である。すなわち、この実施例４では、ヒューズエレメント用電極１４ａの近傍に幅０．５ｍｍ×長さ０．５ｍｍ×厚み０．５ｍｍの銅塊を半田付けして接続し、保護素子を作製した。その他の構成は、比較例と同様である。
【００５３】
このような保護素子を１０個作製し、ヒューズエレメント用電極１４ａ側のみから通電し、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの溶断の有無を観察した。その結果、評価した１０個全ての保護素子において、ヒューズエレメント用電極１４ｂ，１４ｃ間のヒューズエレメント１２ｂが先に溶断し、その後、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ間のヒューズエレメント１２ａが溶断して通電が停止した。すなわち、この実施例４から、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂ又は発熱抵抗体１３に近接する部位の熱的性質に差を設けることは有効であることが確認できた。
【００５４】
（実施例５）
実施例５は、上述した第５の方法にしたがって、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの融点に差を設けて保護素子を作製した例である。すなわち、この実施例５では、ヒューズエレメント用電極１４ｂ，１４ｃ間のヒューズエレメント１２ｂをＳｎＡｇ合金（Ｓｎ：Ａｇ＝９６．５：３．５、液相点２２１℃）に代えて、保護素子を作製した。その他の構成は、比較例と同様である。
【００５５】
このような保護素子を１０個作製し、ヒューズエレメント用電極１４ａ側のみから通電し、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの溶断の有無を観察した。その結果、評価した１０個全ての保護素子において、ヒューズエレメント用電極１４ｂ，１４ｃ間のヒューズエレメント１２ｂが先に溶断し、その後、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ間のヒューズエレメント１２ａが溶断して通電が停止した。すなわち、この実施例５から、各ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの融点に差を設けることは有効であることが確認できた。
【００５６】
（実施例６）
実施例６は、上述した第６の方法にしたがって、複数の発熱抵抗体を配設し、これら各発熱抵抗体の発熱量に差を設けて保護素子を作製した例である。すなわち、この実施例６では、図４に示すように、抵抗値が異なる２つの発熱抵抗体１３ａ，１３ｂを直列でヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ間とヒューズエレメント用電極１４ｂ，１４ｃ間とに配設し、保護素子を作製した。ヒューズエレメント１２ａに近い位置に配設されている発熱抵抗体１３ａの抵抗値は２Ωとし、ヒューズエレメント１２ｂに近い位置に配設されている発熱抵抗体１３ｂの抵抗値は３Ωとした。その他の構成は、比較例と同様である。
【００５７】
このような保護素子を１０個作製し、１Ａの定電流でヒューズエレメント用電極１４ａ側のみから通電し、ヒューズエレメント１２ａ，１２ｂの溶断の有無を観察した。その結果、評価した１０個全ての保護素子において、ヒューズエレメント用電極１４ｂ，１４ｃ間のヒューズエレメント１２ｂが先に溶断し、その後、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ間のヒューズエレメント１２ａが溶断して通電が停止した。なお、実施例６の補足として、ヒューズエレメント用電極１４ａ，１４ｂ間の発熱抵抗体１３ａの抵抗値を２．５Ωと大きくした保護素子を作製し、同様の通電を行ったところ、１０個中１個の保護素子において、ヒューズエレメント１２ｂが未溶断となった。すなわち、この実施例６から、発熱量が異なる複数の発熱抵抗体を配設することは有効であり、発熱量の差が大きいほど効果が大きいことが確認できた。
【符号の説明】
【００５８】
１１  ベース基板
１２，１２ａ，１２ｂ  ヒューズエレメント
１３，１３ａ，１３ｂ  発熱抵抗体
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  ヒューズエレメント用電極
１５  発熱抵抗体用電極
１６  絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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